Die Wiederherstellung des Tastsinns ist nicht mehr nur eine Laborkuriosität. Für Menschen mit Rückenmarksverletzungen wird es Realität, und endlich liegen Langzeitdaten vor.
Forscher der University of Pittsburgh und der University of Chicago haben die bisher längste Untersuchung darüber veröffentlicht, wie das menschliche Gehirn mit elektrischer Stimulation zur sensorischen Wiederherstellung umgeht. Die Ergebnisse sind robust. Sie beweisen, dass die intrakortikale Mikrostimulation sicher über Jahre hinweg künstliche Berührungssignale liefern kann, nicht nur über Tage oder Wochen.
Das ist nicht nur akademischer Lärm. Dies ist ein Beweis dafür, dass diese Systeme das Labor verlassen und in die Häuser der Menschen eindringen können.
Die Daten hinter dem Puls
Die in Science Translational Medicine veröffentlichte Studie untersuchte fünf Freiwillige mit Rückenmarksverletzungen. Diese Personen hatten Implantate mit einer Gehirn-Computer-Schnittstelle (BCI). Einige dieser Geräte waren schon seit Jahren in ihren Gehirnen.
Die gesamte kombinierte Zeit? 27 Jahre.
In diesem Zeitraum lieferten die Systeme etwa 168 Millionen elektrische Impulse. Einhundertachtundsechzig Millionen. Und doch? Es traten keine schwerwiegenden unerwünschten Ereignisse auf.
„Damit Gehirn-Computer-Schnittstellen wirklich Wirkung zeigen, müssen sie über Jahre hinweg sicher funktionieren. Das zeigt, dass Mikrostimulation genau das kann.“ – Robert Gaunt
Robert Gaunt, leitender Autor und außerordentlicher Professor an den Rehab Neural Engineering Labs von Pitt, bringt es auf den Punkt. Das Feld muss über kurzfristige Experimente hinausgehen. Diese Forschung setzt ein Zeichen für den klinischen Nutzen. Es zeigt, dass die Technologie stabil genug für die reale Welt ist.
Wie künstliche Berührung funktioniert
Um zu verstehen, warum das wichtig ist, muss man verstehen, wie wir uns normalerweise fühlen. Wir verlassen uns auf die Berührung, um den Druck zu beurteilen. Textur. Griffstärke. Ohne sie ist die Verwendung einer Roboterhand ein visuelles Spiel. Sie müssen auf Ihre Finger starren, um zu wissen, ob Sie ein Ei zerdrücken oder ein Glas halten. Es ist anstrengend.
BCIs wirken in zwei Richtungen. Sie lesen neuronale Aktivität, um Geräte zu steuern. Sie können aber auch Signale in das Gehirn senden.
Bei diesen Experimenten treffen winzige elektrische Impulse auf den somatosensorischen Kortex. Dies ist die Gehirnregion, die Körperempfindungen verarbeitet. Durch die Stimulation dieses Bereichs können Forscher das Gehirn dazu verleiten, Berührungen zu empfinden. Es ist Feedback. Und Feedback ist es, was eine Neuroprothese tatsächlich nützlich macht.
Die Zusammenarbeit zwischen Pitt und der University of Chicago beschäftigt sich seit über einem Jahrzehnt mit diesem Problem. Sie begannen bereits 2012 damit, Elektroden zur Armkontrolle in den motorischen Kortex zu implantieren. Bis 2015? Sie fügten sensorische Stimulation hinzu. Chicago implantierte seinem ersten Teilnehmer im Jahr 2020 sowohl motorische als auch sensorische Elektroden.
Diese neue Studie befasste sich mit den Fragen, die kurzfristige Studien nicht beantworten können:
- Verursacht wiederholte Stimulation im Laufe der Zeit Schäden?
- Driften die künstlichen Empfindungen auf die falschen Körperteile?
- Werden die Empfindungen schwächer oder verändern sie ihre Qualität?
Die Ergebnisse waren stabil
Die Antwort auf all diese Fragen war im Wesentlichen nein.
Auf den Handbereich des Gehirns gerichtete Impulse erzeugten kontinuierlich Empfindungen in der Hand. Auch nach Jahren wanderten die Sensationen nicht in fremde Regionen ab. Die Präzision hat gehalten.
Was ist mit anhaltenden Effekten? Bleibt das Gefühl bestehen, wenn die Stimulation aufhört?
Das ist selten der Fall. Anhaltende Empfindungen traten nur etwa einmal alle 23.000 Stimulationsversuche auf. Im Kontext ist das unglaublich selten. Die meisten Signale verschwanden innerhalb von 10 Sekunden nach dem Stoppen des Pulses. Es gab keine Schmerzen. Keine medizinischen Eingriffe erforderlich. Das System war leise, vorhersehbar und sicher.
Der Haken: Elektroden halten nicht ewig
Wenn alles perfekt ist, warum dann aufhören?
Die Hauptbeschränkung ist nicht die Sicherheit. Es ist Hardware.
Die Leistung der Elektroden nahm mit der Zeit ab. Im Durchschnitt blieben bei allen Teilnehmern 64 % der Elektroden funktionsfähig. Das klingt okay, bis man genauer hinschaut. Bei einem Probanden waren es nach 10 Jahren immer noch 60 %. Doch im weiteren Verlauf der Studie beschleunigte sich der Rückgang.
Das Gehirn toleriert das Signal also. Der Körper ist in Ordnung. Die Elektrode wird einfach müde.
Dies ist die nächste technische Hürde. Charles Greenspon, Hauptautor und Assistenzprofessor an der University of Chicago, stellt fest, dass diese Stabilität es der Industrie ermöglicht, mit der Entwicklung von Take-Home-Lösungen zu beginnen. Die Wissenschaft funktioniert. Die Hardware muss einfach mithalten.
Jenseits der Berührung
Dabei geht es nicht nur darum, die Fingerspitzen zu spüren.
Ähnliche Mikrostimulationsstrategien werden für das Sehen und Hören untersucht. Wenn dieselben Gehirnregionen sicher für Berührungen angesteuert werden können, können sie wahrscheinlich auch für Bild und Ton angesteuert werden. Die grundlegende Strategie verspricht die Wiederherstellung mehrerer verlorener Sinne.
Die Technologie ist keine Zauberei. Es ist Ingenieurskunst. Und nach 168 Millionen Impulsen wissen wir jetzt, dass es sicher ist.
Die Elektroden könnten sich verschlechtern. Die Wissenschaft bleibt solide. Wir gehen von der Frage „Können wir das schaffen?“ über. zu „Wie machen wir es haltbar?“
